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重因式与有理系数判别

多项式函数与形式导数

形式导数

f(x)=k=0nakxkf(x) = \sum_{k=0}^{n} a_k x^k形式导数定义为:

f(x)=k=1nkakxk1f'(x) = \sum_{k=1}^{n} k a_k x^{k-1}

形式导数完全按代数规则定义,不依赖极限概念。它满足普通导数的所有代数性质(和、积法则等)。

重因式判定

定理:若不可约多项式 p(x)p(x)f(x)f(x)kk 重因式(k2k \geq 2),则 p(x)p(x)f(x)f'(x)k1k-1 重因式。

特别地ppff 的重因式     \iff p(f,f)p \mid (f, f')

判定方法

  1. 计算 ff'(f,f)(f, f')
  2. (f,f)1(f, f') \neq 1 时,ff 有重因式
  3. (f,f)=1(f, f') = 1,则 ff 无重因式

复数域上的多项式

代数基本定理

定理:每个次数 1\geq 1 的复系数多项式在复数域中至少有一个根。

等价表述nn 次复系数多项式恰有 nn 个复根(计重数)。

不可约多项式的分类

复数域上的不可约多项式只能是一次多项式 xax - a

实数域上的多项式

虚根共轭定理

定理:若 α\alpha 是实系数多项式 f(x)f(x) 的复根,则其共轭 αˉ\bar{\alpha} 也是 f(x)f(x) 的根。

不可约多项式的分类

实数域上的不可约多项式只有两类:

  1. 一次多项式 xax - a
  2. 判别式 Δ<0\Delta < 0 的二次多项式 x2+px+qx^2 + px + q

有理数域上的多项式

有理根检验定理

f(x)=anxn++a0Z[x]f(x) = a_n x^n + \cdots + a_0 \in \mathbb{Z}[x]。若既约分数 rs\dfrac{r}{s}ff 的有理根,则 ra0r \mid a_0sans \mid a_n

本原多项式

Z[x]\mathbb{Z}[x] 中的非零多项式,若其系数的最大公因数为 11,则称为本原多项式

Gauss 引理

两个本原多项式的乘积仍是本原多项式。

推论:整系数多项式在 Z[x]\mathbb{Z}[x] 中可约     \iffQ[x]\mathbb{Q}[x] 中可约。

Eisenstein 判别法

f(x)=anxn++a0Z[x]f(x) = a_n x^n + \cdots + a_0 \in \mathbb{Z}[x]。若存在素数 pp,使:

  1. panp \nmid a_n
  2. pan1,an2,,a0p \mid a_{n-1}, a_{n-2}, \ldots, a_0
  3. p2a0p^2 \nmid a_0

f(x)f(x)Q\mathbb{Q}不可约

经典例子

  • xn2x^n - 2Q\mathbb{Q} 上不可约(取 p=2p = 2
  • 割圆多项式 Φp(x)=xp1++x+1\Phi_p(x) = x^{p-1} + \cdots + x + 1Q\mathbb{Q} 上不可约

小结

数域不可约多项式特征关键工具
C\mathbb{C}只能是一次代数基本定理
R\mathbb{R}一次或判别式 < 0 的二次虚根共轭
Q\mathbb{Q}极其复杂Eisenstein 判别法